新疆下坂地水庫地下電站廠房邊坡穩(wěn)定性分析

新疆下坂地水庫地下電站廠房邊坡穩(wěn)定性分析

0圍巖地貌及河流補(bǔ)給來源下坂地水庫工程位于新疆喀什塔什干河的中后期。這是一個(gè)集水區(qū)的轉(zhuǎn)移水庫。主要任務(wù)是春旱的供水和生態(tài)環(huán)境的補(bǔ)充。同時(shí)，考慮到能源生產(chǎn)。水庫正常蓄水水位為總庫容為億喀什地區(qū)氣候干旱,多年平均降水量僅69.3mm。發(fā)電站站址位于高山峽谷區(qū),兩岸山高坡陡,左右岸山峰高程分別為4340m及3480m,相對高差740～1600m。河谷形態(tài)呈“U”型,河床高程2740m。河流的補(bǔ)給來源主要是冰川融水和積雪融水及少量降雨。電站地下廠房由硐室群組成,由于主廠房、主變電室高、跨度較大,容易引起變形穩(wěn)定問題。主廠房基礎(chǔ)高程為2737.4m,長70m,寬17.6m,高36.8m。主變電室基礎(chǔ)高程2745.9m,長63.9m,寬14.6m,高25.7m。1巖脈、圍巖厚度電站廠房區(qū)邊坡最大坡高達(dá)1229m,坡度一般在35～50°,局部可達(dá)70°。由平硐揭示,地下發(fā)電廠房巖性主要為片麻狀花崗巖,夾有10～15m厚的角閃巖脈,圍巖厚度70～150m。巖體以整體塊狀為主,新鮮～弱風(fēng)化。區(qū)域性斷裂為協(xié)力波斯斷層,位于電站廠房下游約1.5km處,為左旋逆沖斷層,走向320°,傾向SW,傾角70～80°,延伸長約10km左右尖滅,斷層帶寬度5～7.5m,外觀為灰色條帶,接觸帶為寬約10～15cm的斷層泥和碎粉巖,上下盤影響帶寬度約15m和23m。發(fā)育的物理地質(zhì)現(xiàn)象以崩塌為主,主要受裂隙切割及卸荷作用形成不穩(wěn)定塊體,堆積于坡腳,尤其是靠近協(xié)力波斯斷層附近較為發(fā)育。2邊坡結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性評價(jià)2.1斷層帶結(jié)構(gòu)電站廠房處山體受卸荷影響,邊坡應(yīng)力重新調(diào)整,卸荷裂隙在山體一定深度范圍內(nèi)發(fā)育。局部邊坡淺層巖體結(jié)構(gòu)破碎,山體深部發(fā)育的斷層帶結(jié)構(gòu)較為緊密。邊坡卸荷裂隙延伸長,其水平延伸長度一般10～15m,傾角近似平行坡面。裂隙面發(fā)育間距一般為0.5～1m,裂隙面起伏粗糙,大部分張開,局部充填巖屑及碎塊石。被卸荷裂隙切割的巖體呈“洋蔥皮”狀剝落。電站廠房處山坡發(fā)育有數(shù)條小斷層,以壓扭型高傾角逆斷層為主。斷層帶發(fā)育規(guī)模較小,斷層大多傾向坡里,傾角高陡。2.2品種結(jié)構(gòu)的特征邊坡表層巖體受卸荷裂隙影響,較為破碎,影響深度一般為3～5m左右。邊坡產(chǎn)狀為:(1)105°∠50°。邊坡巖層中主要發(fā)育以下4組結(jié)構(gòu)面:(2)204°∠57°,對于較新鮮基巖該組裂隙一般并未分離張開而且有較強(qiáng)的膠結(jié);(3)68°∠44°,略有起伏彎曲,但總體延伸規(guī)模較大,單個(gè)節(jié)理尺度可達(dá)10～20m左右,對于地表風(fēng)化強(qiáng)烈時(shí)通常為分離面;(4)175°∠80°,一般為平直延伸,單裂隙長度一般達(dá)到5～10m或更長;(5)322°∠53°,平直斷續(xù)延伸,單裂隙長度約5～10m,風(fēng)化后多為分離狀。摩擦圓取值為37°,廠房入口處的邊坡結(jié)構(gòu)赤平投影如圖1所示。通過對邊坡結(jié)構(gòu)的赤平投影綜合分析,結(jié)構(gòu)面(3)與結(jié)構(gòu)面(4)的組合構(gòu)成了楔形不穩(wěn)定塊體,存在滑動破壞的可能。但是由于結(jié)構(gòu)面發(fā)育不深,邊坡受卸荷裂隙及構(gòu)造裂隙影響,主要在表層有不穩(wěn)定塊體發(fā)育。3邊坡穩(wěn)定的三維數(shù)值分析3.1y方向的加設(shè)電站廠房邊坡計(jì)算模型見圖2。東西方向設(shè)置為x方向,向東為正;南北方向設(shè)置為y方向,向北為正;鉛直方向設(shè)置為z軸,向上為正。模型東西長2250m,南北寬1200m,底部為2000m高程。模型的西部邊緣1000m以內(nèi)附近地形點(diǎn)取值按200m間距考慮,東部靠近廠房處間距為100m。3.2計(jì)算當(dāng)前和參數(shù)3.2.1當(dāng)前故障調(diào)整在電站地下廠房PD通過以上分析,只需要對硐室進(jìn)行開挖前后在自重應(yīng)力作用下的穩(wěn)定性評價(jià)。3.2.2巖體強(qiáng)風(fēng)化帶的基本特征發(fā)電硐室深埋于邊坡巖體之下,邊坡表層堆積的殘坡積物以及由于卸荷裂隙發(fā)育而形成的巖體強(qiáng)風(fēng)化帶,其分布范圍和影響厚度都很小,其作用甚微。邊坡數(shù)值模擬所采用的參數(shù)即片麻狀黑云母花崗巖巖體物理力學(xué)參數(shù)見表1。3.3結(jié)果分析3.3.1應(yīng)力分布特征模型劃分了28783個(gè)單元,節(jié)點(diǎn)總數(shù)為6019個(gè),經(jīng)過1519步迭代,計(jì)算達(dá)到穩(wěn)定。圖3為廠房硐室邊坡開挖前后的最大主應(yīng)力分布等值線圖,圖4為沿坐標(biāo)1800切開剖面上的最大主應(yīng)力分布圖,可見開挖前后應(yīng)力分布特征和應(yīng)力值差別很小。根據(jù)模擬結(jié)果,硐室開挖后僅僅引起硐室周圍150m范圍內(nèi)的應(yīng)力重分布,從位移場變化特征也可以得到證實(shí)。3.3.2位移場分布特征開挖前電站廠房邊坡最大鉛直方向位移出現(xiàn)在山體后緣山頂部位,相對于底部約束邊界為4.4m。廠房頂部坡表鉛直方向位移相對于底部約束邊界為50cm。廠房坡表附近向坡外位移5～17cm。硐室開挖后,最大鉛直方向位移仍在山體后緣山頂部位,在量值上沒有明顯變化,廠房附近位移場分布稍有變化。為說明硐室開挖前后位移的變化,切一穿過廠房中部的代表性剖面論述這一問題見圖5。取發(fā)電硐室角點(diǎn)為例,開挖后鉛直方向位移變化最大值為53mm。水平方向位移變化最大值27mm。硐室上部坡表巖體,開挖后鉛直方向位移變化最大值為4mm。水平方向位移變化最大值13mm,見表2。通過分析硐室開挖后坡體的變形變化特征,這種規(guī)模的變形對于邊坡的穩(wěn)定性影響不大,巖體可以通過調(diào)整自身結(jié)構(gòu)以適應(yīng)這種變形對于硐室開挖后電站邊坡的穩(wěn)定性來說,開挖后該邊坡仍然能夠保持穩(wěn)定。4邊坡整體應(yīng)力分布(1)由于電站廠房邊坡局部發(fā)育少量的不穩(wěn)定塊體,邊坡結(jié)構(gòu)面也存在不穩(wěn)定的組合,應(yīng)對硐口及以上邊坡進(jìn)行修整和局部加固處理。(2)根據(jù)硐室開挖前